(完整版)质谱发展历史-基础知识

7、带多电荷，允许质量范围窄的设备 检测高质量数的离子。
8、带多电荷，通过计算平均值给出更 精确的质量数。
9、特别适于测多肽的修饰。
10、样品前处理简单可直接分析RPHPLC脱盐处理的溶液。
E: 其他离子化方式
阳离子化: 以非共价键结合的方式向中性分子加上正电荷。 尤其适合质子化不稳定的的分子，质子化是共价键 结合，电荷从质子向分子发生转移，这以过程会造 成分子的不稳定，使分子裂解。
C:
MALDI 激光解吸附离子源
Matrix-Assisted laser Desorption/Ionization
MALDI源的出现解决了生物大分子的离子化难题， 离子化过程与FBI有相似之处。
1、使用基质，但基质为固体。
2、 MALDI用脉冲激光束轰击样品和基质的共结晶。
对基质的要求是能吸收337nm紫外光并气化，能量 由基质传给样品使样品一起气化并离子化。
第一节 进样部分
要求： 大气压下的样品要进入高真空的质谱仪，
而不影响仪器的真空度。 方式：
进样板进样 进样头进样 毛细管进样（从气相色谱及液相色谱柱）
第二节 离子源
▪ A :EI源 Electron Ionization
▪
是1980年以前的主要离子化方式,只能用于远远小于生物有机分子的小分子
(400Da以下)的检测,样品需经过汽化(通常热解吸附)进入电离区,与电子流撞击.电子流
The following components are ACCEPTABLE Acetic or formic acid Acetonitrile, ethanol Guanidine/HCl 4M Hexafluoroisopropanol up to 40% Methanol Sodium chloride 10 mM Urea 1M
2、灵敏度高达femtomole级。
2、对某些化合物特别敏感，污染难
3、软电离，可观察生物分子非共价反 清洗。
应。
3、样品需先气化，混合物不适用。
4、易于和LC串联，直接分析流速为 4、带多电荷，在分析混合物时，产
1ml/min的LC洗脱液。
生混乱。
5、没有基质干扰。
5、定量时需内校准。
6、适于联四极杆质量分析器、离子阱 质量分析器做结构分析。
n
B、灵敏度 一定浓度样品产生响应时，最低的浓度
值。
D、分辨率 质谱分辨不同质荷比离子的能力
分辨率R=M/ΔΜ
a
=M₁/(M₂－ M₁) b
a 公式定义为单峰的质荷比与其半峰宽之比 b公式定义为相邻的相交10％的两个峰M₁ M₂
按a 式计算的分辨率约为b式计算的两倍。
不同分辨率谱图效果
E：分子量的表述方式
D: ESI离子源
Electrospray Ionization
4000v强电场中，样品溶液通过毛细管喷嘴喷出，带 电液滴被静电场吸向质谱人口，同时伴随干燥或加 热干燥气体吹送，使液滴表面溶剂挥发,液滴体积变 小，表面电荷密度变大，当同种电荷之间的库仑斥 力达到雷利极限时，突破表面张力，液滴爆裂为更 小的带电液滴，这一过程不断重复，使最终的液滴 非常细小，呈喷雾状，此时液滴表面电场非常强大， 使分析物离子化，带单电荷或多电荷。
三维的四极杆，RF加在环形电极上。
C、飞行时间质量分析器 Time-of-Flight Analyzer
离子的E=U·Z=½ mv²
飞行时间t= L v
t=const· m z
反射飞行时间质量分析器(RETOF-MS)
Uref
TOF对真空度的要求非常高10⁻⁷Torr
MALDI源一般同时联接Time-of-Flight Analyzer和RETOF
1、单同位素质量monoisotopic mass
最轻的稳定同位素的质量（也有说自然界中丰度最 大的同位素的质量）。 只有高分辨率的质量分析器才能分离出单同位素峰。
2、化学平均分子量M 根据同位素质量及丰度计算出平均质量，
所有元素的平均质量给出分子的平均质量。
3、最高峰质量 即未分辨开质谱峰最高处的质量数。
品光降解。
4、串联质谱功能较弱，除非接反 射装置进行源后衰变测量。
5、不能分析非共价键相互作用。 6、定量时需要内校准。 7、如没有反射飞行装置，不能分
析多肽修饰。
8、对各种赋形剂的容忍度低（如 含磷酸缓冲液，大于150mM的盐
等。
Sample submission
In solution, as concentrated as possible, volume 10-20 ul Minimum Concentration 10 pmol/microliter Use 200ul PCR-style eppendorf tubes
质谱发展历史-基础知识
质谱发展历史-基础知识
什么是质谱仪?
❖ 质谱仪是按照离子的质荷比(m/z)不同,来分离不同分子量的 分子.测定分子量进行成分和结构分析.
❖ 离子的生成方式有失去或捕获电荷(如:电子发射,质子化或去 质子化)
❖ 主要组成部分: ❖ 1.进样部分 ❖ 2.离子源 ❖ 3.质量过滤器(分析器) ❖ 4.离子检测器
表述方式要看分子量及分辨率而定，当m/z 高时单同位素峰已不是丰度最大的峰， m/z >8000时Μ与最高峰质量趋于一至。
第二节 质量分析器的种类
A、四极杆质量分析器Quadrupole Analyzer
A、B极性相反，加上一个直流电压DC，叠加一个射频电 场RF，扫描时固定RF频率， DC： RF保持比率不变，数值 递增，使m/z小到大的离子依次通过，取得一张完整的质谱 图。
DC+RF
四极杆质量分析器的 优点
四极杆质量分析器通常与EI、ESI源联接 1、能容忍相对低的真空度（约10x10⁻⁵Torr） 2、m/z可达3000， ESI离子源产生的多电荷
生物分子离子m/z正好多在3000以内。 3、开销低廉。
B、离子阱质量分析器
三维的四极杆，RF加在环形电极上。
环形电极
选择离子
Ion source
MS
CID
ion
MS/MS
CID
daughter ion
MS/MS/MS
granddaughter ion
空间串联质谱仪
A、串联四极杆（三级四极杆） triple-Quadrupole Analyzer
Q₁为过滤单元Q₂为碰撞单元Q₃为分析单元
几种检测方式
1、MS方式： 所有离子通过Q₁Q₂Q₃到达检测器。
一般分析物分子量<2000Da带单电荷或双电荷

> 2000Da带多电荷
NANO-ESI喷雾照片
ESI特点
1、 ESI产生的生物大分子离子如多肽蛋白等常常带 10个以上电荷，使得m/z大大减小，弥补了四极杆质 量分析器等质量范围窄的缺点。
2、质谱图显示的是离子带不同电荷数的一系列质荷 比峰，根据峰位置换算成质量数和电荷数。
B、三级四极杆飞行时间质谱仪 Quadrupole time of flight
C、飞行时间飞行时间质谱仪 Time-of-flight/time-of-flight
时间串联质谱仪
A、离子阱质谱仪：
B、傅立叶回旋共振质谱仪
Fourier transform-ion cyclotron resonance
M+Na⁺,M+K⁺型的正离子。 ❖ 5、分辨率高。基质可作为参照
离子进行精确质量测定。 ❖ 6、大质量的甘油团形成多电荷
可测生物大分子。
❖ 缺点
❖ 1、质量数高时灵敏度下降 严重。
❖ 2、灵敏度比MALDI,ESI低。 ❖ 3、碎片少，结构信息少。 ❖ 4、基质多峰，干扰结果分
析。 ❖ 5、样品必须能溶于基质。 ❖ 6、非极性物质难以离子化。
The sample should NOT contain any Azide SDS Brij 35 Tris base CHAPS Triton X-100, Treduced Triton X-100 DMSO Tween DMF Zwittergent Glycerol any other detergent Phosphate buffers Salts and buffers >100 mM
D、傅立叶回旋共振质量分析器 fourier Transform-Ion Cyclotron Resonance
质量精度最高，达± 0。001％
几种质量分析器的比较
第三节：质量分析器的串联
百度文库目的：碰撞诱导产生碎片离子，进行结构解析 Collision-induced dissociation(CID)
阳离子化没有这一缺点，常用在ESI离子方式中， 糖类非常适合这一电离方式，一般多加Na+. 阴离子化: 分子失去一个质子，带上正电荷，这种离子化方式 适合酸性物质，如酚类、羧酸和磺酸。
第三章 质量分析器（过滤器）
第一节：质量分析器的主要指标 A、质量范围（ｍ/ｚ） 所能测量的质荷比范围 [M+nH]ⁿ⁺
第二章 质谱仪的组成
离子源
质量过滤/分析器
进样部分
检
样品板 LC或GC
+ ++
+++ + + ++ + + ++
+ +
++
+++ +++
++++++ +++
+
+
+
+
测 器
EI源 FAB源 MALDI源 ESI源
Quadruopole Ion trap Time-of-flight
电子倍增器 闪烁计数器
2、MS/MS方式： Q₁作为分析器选择母离子(前体离子），Q₂
作为碰撞室产生子离子，子离子由Q₃分析。 3、MS³方式：
三级四极杆的几种扫描模式
1、子离子扫描模式：即MS/MS。 2、前体离子扫描模式：
Q₁依次将所有离子输入Q₂碰撞解离，Q₃设定一个特定子离 子值，只检测此特定子离子， Q₃与Q₁联接，当检测器检测到 子离子时，质谱仪记录的是Q₁中的子离子值，质谱图显示的 是所有产生相同子离子的母离子。 3、中性丢失扫描： Q₃扫描与Q₁有一特定质量差异的子离子，谱图显示的是所 有特定中性分子丢失的母离子。
常用基质
1、α氰基－4羟基－肉桂酸
CCA
2、3,5－二甲氧基－4－羟基肉桂酸 SA
3、龙胆酸（2,5－二羟基苯甲酸 DHB
4、吡啶甲酸
PA
5、3－羟基吡啶甲酸
3HPA
多肽 蛋白 聚合物
MALDI源由氮激光器产生短周期脉冲激光，产生的 多为单电荷离子，效率很高，即使只有极少的样品 也可分析
电荷数和质量数的计算
已知
mj=(m+nj)/nj
相
mk=(m+nk)/nk
对
丰
nj= nk+1
度
推算出
nj=(mk-1) /(mk- mj)
nk=(mj-1) /(mk-mj)
mk mj
m/z
m=mj·nj-nj
=mk·nk-nk
ESI优缺点
优点
缺点
1、质量数可达70，000Da
1、耐盐能力低。
传递部分能量(多小于6ev)形成离子及部分碎片.
EI的优缺点

优点
1.级的灵敏度
2.有达10万个化合物的 数据库可快速检索
3.可根据碎片方式鉴定 未知物
4.从碎片离子判定结构

缺点
1.质量范围小
2.有可能汽化前发生解 离
3.碎片过多有时看不到 分子离子
B. FBI快速原子/离子轰击离子源 Fast Atom/Ion Bombardment
使用高能量的氙原子Cs+离子或甘油-NH4+集团喷射样品靶 上的样品和基质表面,基质是溶解样品的非挥发性溶剂,样品 从基质中解吸附并汽化,离子化.
基质的作用是溶解样品;吸收大部分能量,有助于样品离子化 并保护样品不被高能量撞击破坏.
FBI优缺点
❖ 优点
❖ 1、质量数可以做到7000Da。 ❖ 2、快速。 ❖ 3、软电离方式，碎片离子少。 ❖ 4、容易引入阳离子形成
常用基质结构
DHB
SA CCA
MALDI的优缺点
优点
1、质量数可达300,000Da。 2、attomole 至femtomole级灵
敏度。 3、软电离方式，无或极少碎片
离子。 4、耐盐（样品含盐可达毫摩尔
浓度）。 5、适于分析复杂混合物。
缺点
1、分辨率低。 2、1000Da以下基质峰干扰。 3、激光解吸附离子化有可能使样
离子进入共振腔后，通过调控RF，选择特定的母离子留在腔内，再引 入惰性碰撞气体碰撞,产生碎片,并检测碎片离子，这一过程不断重复 至MSⁿ。
几种串联质谱优缺点对比
优点
缺点
三级四极 杆
RTOF
质量精度高，分辨率好 价廉
FTMS
离子阱 Q－TOF